Una fuente de corriente eléctrica es un dispositivo con el que se crea una corriente eléctrica en un circuito eléctrico cerrado. En la actualidad, se han inventado una gran cantidad de tipos de tales fuentes. Cada tipo se utiliza para fines específicos.
Contenido
Tipos de fuentes de corriente eléctrica.
Existen los siguientes tipos de fuentes de corriente eléctrica:
- mecánico;
- térmico;
- luz;
- químico.
Fuentes mecánicas
Estas fuentes convierten la energía mecánica en energía eléctrica. La conversión se lleva a cabo en dispositivos especiales: generadores. Los principales generadores son los turbogeneradores, donde la máquina eléctrica es impulsada por un flujo de gas o vapor, y los hidrogeneradores, que convierten la energía del agua que cae en electricidad. La mayor parte de la electricidad en la Tierra es producida precisamente por convertidores mecánicos.
Fuentes de calor
Aquí, la energía térmica se convierte en electricidad. La aparición de una corriente eléctrica se debe a la diferencia de temperatura entre dos pares de metales o semiconductores en contacto: termopares. En este caso, las partículas cargadas se transfieren de un área calentada a una fría. La magnitud de la corriente depende directamente de la diferencia de temperatura: cuanto mayor sea esta diferencia, mayor será la corriente eléctrica. Los termopares basados en semiconductores dan una potencia termoeléctrica 1000 veces mayor que los bimetálicos, por lo que se pueden hacer fuentes de corriente a partir de ellos. Los termopares de metal se utilizan solo para medir la temperatura.
¡REFERENCIA! Para obtener un termopar, debe conectar 2 metales diferentes.
En la actualidad se han desarrollado nuevos elementos basados en la conversión del calor liberado durante la desintegración natural de los isótopos radiactivos. Dichos elementos se denominan generadores termoeléctricos de radioisótopos. En naves espaciales, un generador que utiliza el isótopo plutonio-238 ha demostrado su eficacia. Da una potencia de 470 W a un voltaje de 30 V. Dado que la vida media de este isótopo es de 87,7 años, la vida del generador es muy larga. Se utiliza un termopar bimetálico para convertir el calor en electricidad.
fuentes de luz
Con el desarrollo de la física de semiconductores a fines del siglo XX, aparecieron nuevas fuentes de corriente: baterías solares, en las que la energía luminosa se convierte en energía eléctrica. Utilizan la propiedad de los semiconductores para producir voltaje cuando se exponen a un flujo de luz. Este efecto es especialmente fuerte en los semiconductores de silicio. Pero aún así, la eficiencia de dichos elementos no supera el 15%.Los paneles solares se han vuelto indispensables en la industria espacial y han comenzado a usarse en la vida cotidiana. El precio de tales fuentes de alimentación disminuye constantemente, pero sigue siendo bastante alto: alrededor de 100 rublos por 1 vatio de potencia.
Fuentes químicas
Todas las fuentes químicas se pueden dividir en 3 grupos:
- Galvánico
- Baterías
- Térmico
Las celdas galvánicas funcionan sobre la base de la interacción de dos metales diferentes colocados en un electrolito. Varios elementos químicos y sus compuestos pueden servir como pares de metales y electrolitos. De esto depende el tipo y las características del elemento.
¡IMPORTANTE! Las celdas galvánicas se usan solo una vez, es decir, Una vez descargados, no se pueden restaurar.
Existen 3 tipos de fuentes galvánicas (o baterías):
- Sal;
- Alcalino;
- Litio.
Las baterías de sal, o de otro modo "secas", usan un electrolito similar a una pasta de una sal de un metal, colocado en una taza de zinc. El cátodo es una varilla de grafito-manganeso ubicada en el centro de la copa. Los materiales baratos y la facilidad de fabricación de tales baterías las convirtieron en las más baratas de todas. Pero en términos de características, son significativamente inferiores a los alcalinos y al litio.
Las pilas alcalinas utilizan una solución pastosa de álcali, hidróxido de potasio, como electrolito. El ánodo de zinc fue reemplazado por zinc en polvo, lo que permitió aumentar la salida de corriente del elemento y el tiempo de funcionamiento. Estos elementos sirven 1,5 veces más que los de sal.
En una celda de litio, el ánodo está hecho de litio, un metal alcalino, lo que aumenta considerablemente la duración de la operación. Pero al mismo tiempo, el precio aumentó debido al costo relativamente alto del litio. Además, una batería de litio puede tener un voltaje diferente según el material del cátodo.Producen baterías con un voltaje de 1,5 V a 3,7 V.
Las baterías son fuentes de corriente eléctrica que pueden estar sujetas a muchos ciclos de carga y descarga. Los principales tipos de baterías son:
- Plomo-ácido;
- iones de litio;
- Niquel Cadmio.
Las baterías de plomo-ácido consisten en placas de plomo sumergidas en una solución de ácido sulfúrico. Cuando se cierra un circuito eléctrico externo, se produce una reacción química, como resultado de la cual el plomo se convierte en sulfato de plomo en el cátodo y el ánodo, y también se forma agua. Durante la carga, el sulfato de plomo en el ánodo se reduce a plomo y en el cátodo a dióxido de plomo.
¡REFERENCIA! Un elemento de una batería de plomo-zinc genera un voltaje de 2 V. Al conectar los elementos en serie, puede obtener cualquier voltaje que sea múltiplo de 2. Por ejemplo, en las baterías de automóviles, el voltaje es de 12 V, porque. 6 elementos conectados.
La batería de iones de litio recibió su nombre del hecho de que los iones de litio sirven como portadores de electricidad en el electrolito. Los iones se originan en el cátodo, que está hecho de sal de litio sobre un sustrato de papel de aluminio. El ánodo está hecho de varios materiales: grafito, óxidos de cobalto y otros compuestos sobre un sustrato de lámina de cobre.
El voltaje, dependiendo de los componentes utilizados, puede ser de 3 V a 4,2 V. Debido a la baja autodescarga y la gran cantidad de ciclos de carga y descarga, las baterías de iones de litio se han vuelto muy populares en los electrodomésticos.
¡IMPORTANTE! Las baterías de iones de litio son muy sensibles a la sobrecarga.Por lo tanto, para cargarlos, debe usar cargadores diseñados solo para ellos, que tienen circuitos especiales incorporados que evitan la sobrecarga. De lo contrario, la batería podría destruirse e incendiarse.
En las baterías de níquel-cadmio, el cátodo está hecho de sal de níquel sobre una malla de acero, el ánodo está hecho de sal de cadmio sobre una malla de acero y el electrolito es una mezcla de hidróxido de litio e hidróxido de potasio. El voltaje nominal de una batería de este tipo es de 1,37 V. Puede soportar de 100 a 900 ciclos de carga y descarga.
¡REFERENCIA! Las baterías de níquel-cadmio se pueden almacenar descargadas, a diferencia de las de iones de litio.
Los elementos químicos térmicos sirven como fuentes de energía de respaldo. Ofrecen excelentes características en términos de densidad de corriente específica, pero tienen una vida útil corta (hasta 1 hora). Se utilizan principalmente en la tecnología de cohetes, donde se necesita confiabilidad y operación a corto plazo.
¡IMPORTANTE! Inicialmente, las fuentes termoquímicas no pueden producir corriente eléctrica. En ellos, el electrolito está contenido en estado sólido, y para que la batería esté en condiciones de funcionar, es necesario calentarla a 500-600 ° C. Dicho calentamiento se lleva a cabo mediante una mezcla pirotécnica especial, que se enciende en el momento adecuado.
La diferencia entre una fuente real y una ideal
Una fuente ideal, según las leyes de la física, debe tener una resistencia interna infinita para asegurar una corriente eléctrica constante en la carga. Las fuentes reales tienen una resistencia interna finita, lo que significa que la corriente depende tanto de la carga externa como de la resistencia interna.
Aquí hay un breve resumen de la variedad de fuentes modernas de corriente eléctrica. Como se puede ver en la revisión, hasta la fecha, se ha creado una cantidad impresionante de fuentes con características adecuadas para cualquier aplicación.
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